斜视聚束合成孔径雷达的成像方法

摘要

本发明提供一种斜视聚束SAR的成像方法，提高斜视聚束SAR的图像质量。技术方案是：首先，基于原始斜视聚束SAR回波信号，采用非线性平移法进行多普勒中心校正预处理，消除斜视角对方位粗聚焦的影响，得到预处理回波信号。然后，依照斜视聚束SAR回波信号模型，构造方位粗聚焦参考信号，并对预处理回波信号进行方位粗聚焦处理，得到方位粗聚焦后的回波信号。最后，对方位粗聚焦后的回波信号进行精聚焦处理，得到SAR图像。本发明消除了斜视角对后续方位粗聚焦处理的影响，实现了对具有方位谱混叠现象斜视聚束SAR的高精度成像。

主权项

1.一种斜视聚束SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)的成像方法，其特征在于，包括下述步骤：第一步，预处理；步骤1)：设发射信号为线性调频信号，则接收到的斜视聚束SAR回波信号ss(τ，t_a)表示为$\mathrm{ss}(\tau ,t_a)=a[\tau -\frac{2r\left(t_a\right)}{c}]\exp [-j\frac{4\pi f_c}{c}r\left(t_a\right)]\exp \left[\mathrm{j\pi \kappa }{(\tau -\frac{2r\left(t_a\right)}{c})}^2\right],$其中a[·]为信号包络，τ为距离快时间，t_a为方位慢时间，κ为发射信号的调频斜率，f_c为发射信号中心频率，c为光速；r(t_a)为t_a时刻SAR天线APC(Antenna Phase Center，天线相位中心)到目标的瞬时斜距距离；$r\left(t_a\right)=\sqrt{v^2{(t_a-t_n)}^2+r_0^2-2v{r}_0(t_a-t_n)\sin {\theta }_s}$$\approx \sqrt{r_0^2+v^2{\cos }^2{\theta }_s{(t_a-t_n)}^2}-v(t_a-t_n)\sin {\theta }_s+\frac{v^3\sin {\theta }_s{\cos }^2{\theta }_s}{2r_0}{(t_a-t_n)}^3,$其中t_n为目标方位位置时间，v为SAR搭载平台的运行速度，θ_s为斜视角；设SAR搭载平台飞行方向为方位向，则斜视角θ_s定义为雷达合成孔径中心到成像场景中心连线与方位向间夹角的余角；r₀为目标沿斜视方向到SAR搭载平台飞行航迹的最短斜距；对回波信号ss(τ，t_a)作距离向傅里叶变换，得到距离频域回波信号ss(f_r，t_a)，其中f_r为距离频率；步骤2)：将距离频域回波信号ss(f_r，t_a)乘以非线性多普勒中心校正因子完成斜视聚束SAR回波信号的多普勒中心校正预处理；步骤3)：对步骤2)所得结果作距离向傅里叶逆变换，得到预处理后的时域回波信号ss′(τ，t_a)；第二步，方位粗聚焦；步骤(1)：令输入信号为预处理后的时域回波信号ss′(τ，t_a)；将输入信号与方位粗聚焦参考信号相乘，得到步骤(1)的输出信号，其中表示方位粗聚焦参考信号的调频斜率，λ_c＝c/f_c为信号中心波长，r_sc为合成孔径中心与成像场景中心之间的斜距距离；步骤(2)：在步骤(1)输出信号的沿方位向两侧进行补零，并保证补零后的回波信号的方位采样间距小于方位分辨率，然后对补零后的结果作方位向傅里叶变换；步骤(3)：将步骤(2)所得结果乘以方位粗聚焦补偿因子其中t′_a为方位粗聚焦后的方位慢时间，得到方位粗聚焦后的回波信号ss″(τ，t′_a)；第三步，精聚焦；步骤①：令输入信号为方位粗聚焦后的回波信号ss″(τ，t′_a)；对输入信号作二维傅里叶变换；步骤②：将步骤①所得结果乘以匹配滤波函数$H_{\mathrm{MF}}(f_r,f_a)=\exp \left[j{r}_{\mathrm{sc}}\frac{2\pi \sin {\theta }_s{f}_a^3}{{\lambda }_c\cos {\theta }_s{(f_{\mathrm{aM}}^2-f_a^2)}^{3/2}}\right]\exp \left(\mathrm{j\pi }\frac{f_r^2}{\kappa }\right)$$\times \exp \left[j\frac{4\pi r_{\mathrm{sc}}}{c}\sqrt{{(f_r+f_c)}^2-{\left(\frac{{\mathrm{cf}}_a}{2v\cos {\theta }_s}\right)}^2}\right],$f_a为方位频率，步骤③：对步骤②所得结果进行如下所示的修正Stolt映射处理$f_r^{\prime }=\sqrt{{(f_r+f_c)}^2-{\left(\frac{{\mathrm{cf}}_a}{2v\cos {\theta }_s}\right)}^2}-\sqrt{f_c^2-{\left(\frac{c{f}_a}{2v\cos {\theta }_s}\right)}^2},$其中f′_r为修正Solt映射后的距离频率；步骤④：对步骤③所得结果作距离向傅里叶逆变换，得到距离多普勒域回波信号ss″(τ，f_a)；步骤⑤：将步骤④所得结果依次乘以方位聚焦因子三次相位补偿因子和方位压缩因子步骤⑥：对步骤⑤所得结果作方位向傅里叶逆变换；步骤⑦：对步骤⑥所得结果作距离向傅里叶变换，然后乘以几何形变校正因子exp[j4π(f_r+f_c)vt_a sin θ_s/c]，接着作距离向傅里叶逆变换，得到最终的斜视聚束SAR图像。